Analisis Thrust Roket Padat

Analisis Thrust Roket Padat

Analisis pada roket padat pada umumnya tidak berbeda dengan roket cair yaitu sama-sama mencari nilai Isp dan Thrustnya,tetapi pada roket padat parameter-parameter yang digunakan untuk menghitung performa roket padat ditambah dengan beberapa parameter lain. selain Pc,gamma,dan sebagainya seperti roket cair,pada roket padat kita membutuhkan nilai laju bakar,koofisien laju bakar,dan lama pembakaran propelan. Analisis performa roket padat menggunakan metode BATES (BAllistic Test and Evaluation System). Metode ini dilakukan saat uji statik yaitu menghitung massa propelan yang terbakar dan mencari trend grafik antara Thrust/tekanan terhadap waktu. Metode ini menggunakan beberapa perangkat antara lain dudukan roket,sensor berupa Load Cell untuk membaca thrust yang duhasilkan, igniter,dan cooling system.

Setelah dilakukan uji statik,maka data grafik dari sensor load cell yang disalurkan ke komputer akan dianalisis untuk mendapat nilai Isp nya seperti gambar dibawah ini.

Dibawah ini kita akan menganalisis nilai Isp propelan padat yang diuji statik. propelan padat yang kita pakai dengan komposisi Ammonium perchlorate composite propellant with aluminum (70%NH4C104, 15% A1, 15% binder).Setelah dilakuakn pengukuran massa propelan yang terbakar,pengukuran uji bakar di Laboratorium Uji Mutu/Quality Control,Mengukur Pa dengan barometer,dan lain-lain,maka kita mendapatkan data dibawah ini. 

Nilai C* di atas adalah data kecepatan karakterisitik ideal yang telah diukur pada manufaktur pembuatnya. perhitungan dibawah adalah perbandingan antara keadaan real dengan keadaan ideal yang seharusnya terjadi.

Penjelasan :

1.Average Thrust adalah thrust rata-rata yaitu dihung dari total impulse ( It ) dibagi dengan burning time ( tb ). data total impulse dan tb ada didalam tabel. data total impulse dan burning time didapat saat uji statik.

2.Average Pc adalah tekanan rata-rata,nilai yang didapat dari menjumlahkan tekanan total saat pembakaran propelan dibagi dengan burning time lalu hasilnya ditambahkan dengan tekanan ambient atau tekanan sekitar. tekanan total dan burning time didapat dari uji statik dan nilai Pa dari pengukuran dengan barometer.

3.Average At adalah luasan throat pada motor roket yaitu dihitung dengan rumus luas lingkaran menggunakan initial diameter throat.data initial throat diameter ada dalam tabel.

4.Burning rate adalah laju bakar yang dihitung dengan mengalikan burning rate cooficient dengan tekanan chamber pangkat n. rumus ini adalah rumus regresi laju bakar dengan menggunakan persamaan empirical Saint-Robert’s law. data ini didapat saat proses quality control atau uji mutu burning rate.

5. Average burning rate atau laju bakar rata-rata adalah hasil bagi antara ketebalan web propelan dengan lama pembakaran. ketebalan web propelan pada propelan diatas dapat dilihat pada gambar motor roket diatas, diketahui diameter dalam motor roket = diameter propelan yaitu 5 cm. Diameter dalam propelan adalah 3 cm. maka total ketebalan 2 buah web propelan adalah 5 cm - 3 cm = 2 cm. maka ketebalan satu buah web propelan adalah 2 : 2 = 1 cm. waktu pembakaran propelan tersedia di dalam data tabel (tb) yaitu tb = 4.113 second.

6.Initial burning surface,luasa permukaan propelan yang terbakar atau Ab digunakan untuk menghitung laju aliran massa propelan. L adalah panjang dari propelan itu sendiri,yaitu 9 cm terlihat pada gambar motor roket diatas. ri = jari-jari lingkaran dalam propelan,yaitu setengah dari diameter dalam propelan, 1/2 x 3 cm = 1,5 cm. sementara r0 = jari-jari lingkaran luar propelan yaitu setengah dari diameter lingkaran luar, 1/2 x 5 cm = 2,5 cm. nilai phi adalah 3,14.

7. Initial propellant flow rate adalah laju aliran massa propelan,yaitu massa propelan yang terbakar per satuan waktu. yang dihitung dengan mengalikan laju bakar rata-rata yang telah kita hitung di langkah 4 dengan masa jenis propelan (data dari tabel) dan Initial burning surface yang kita hitung di langkah 6.

8.Experimental C* adalah kecepatan karakteristik eksperiment, dihutung dengan membagi antara hasil kali tekanan chamber (Pc),luas throat (At),dan gravitasi bumi dibagi dengan laju aliran massa propelan yang telah kita hitung dilangkah-langkah sebelumnya.

9.Eksperimental CF adalah koofisien thrust dihitung dengan membagi thrust dengan hasil kali antara tekanan chamber dan luas throat. data thrust,Pc,At sudah kita dapatkan dari perhitungan sebelumnya.

10. Isp adalah impuls spesifik yaitu hasil bagi antara total impulse dengan berat propelan yang terbakar. nilai w atau berat propelan terbakar didapat dengan menghitung selisih yaitu berat motor roket sebelum di uji statik dikurangi berat motor roket sesudah diuji statik, 17,42 lbf -10,10 lbf = 7,32 lbf.

11.experimental C adalah kecepatan efektif exhaust yaitu dengan mengalikan Isp dengan gravitasi.

Diatas Adalah Analisis untuk keadaan real atau eksperimental. Diawah ini adalah perhitungan dengan kondisi ideal sesuai manufaktur/pabrik.

12. Nilai Pc/Pa yaitu rasio tekananchamber dengan tekanan ambient,nilai Pc terdapat ditabel dan Pa dihitung dengan barometer. nilai 23,16 x 0,491, nilai 0,491 adalah konfersi dari in Hg ke psia karena satuan british menggunakan psia.

13.Nilai Pc/Pt atau rasio tekanan chamber dengan tekanan di throat dihitung dengan memasukkan nilai gamma ke persamaan, nilai gamma propelan padat komposit adalah 1,2.

14.Nilai CF atau koofosien thrust ideal dihitung menggunakan persamaan :

nilai gamma adalah 1,2 dan nilai Pe/Pc ,Pe/Pc,Pa/Pc,Ae/At adalah hasil dari perhitungan yang telah kita hitung di langkah-langkah sebelumnya.

15. ideal C adalah hasil kali CF ideal dengan C* ideal. CF ideal telah kita hitung di langkah 14 dan nilai C* ideal adalah 5118 ft/s kita dapat dari data manufaktur.

16. Ideal Isp adalah hasil bagi antara C dengan gravitasi. nilai C sudah kita hitung di langkah nomor 15.

KESIMPULAN

Nilai Isp,F,C keadaan eksperimental lebih kecil dari keadaan ideal. hal ini dikarenakan banyak faktor yang menyebabkan performa motor roket tidak berjalan maksimal antara lain faktor kelembapan setiap propelan,terdapat cacat atau porous pada propelan, pencampuran bahan-bahan propelan yang tidak homogen saat proses mixing dan lain-lain.

Uji statik adalah pengujian secara diam.pada saat uji statik roket dinyalakan tetapi diberi penahan dan dipasang sensor tekanan dan gaya. Sebelum roket padat dinyatakan layak terbang,sebuah roket padat harus melewati static test berkali-kali.

SOFTWARE APA SAJA YANG DAPAT MEMBANTU MENENTUKAN PERFORMA ROKET PADAT?

Banyak software yang dapat digunakan untuk menentukan performa roket padat antara lain :

1. TC Logger 

TC logger merupakan perangkat hardware dan software yang digunakan untuk melakukan BATES analysis.

software ini bisa didownload gratis tetapi untuk hardware kita harus membelinya. untuk Load Cell nya kita bisa beli ditoko penjual alat-alat sensor seperti Tranducer,Load Cell dan Timbangan Digital. untuk download TC Logger silahkan klik disini. TC LOGGER 1.0.3

2. THRUST CURVE TOOL

Thrust curve tool adalah software untuk menyajikan data grafik antara thrust dan waktu saat uji statik motor roket sama seperti TC Logger.

Jika TC Logger bersifat real software,atau software yang digunakan untuk mendapat dan mengolah data primer,maka TCT dapat digunakan untuk menganalisis data dengan data sekunder/data yang sudah didapat sebelumnya. Berikut Link download software TCT : SOFTWARE TCT

3. PROPEP 3 Versi 1.0.1

Propep (Propelllant Evaluation Program) adalah software untuk mencari komposisi propelan padat yang terbaik sebelum propelan dibuat.

Dengan mencampur beberapa bahan-bahan dan divariasikan takarannya,software PROPEP 3 dapat menghitung taksiran atau perkiraan Isp yang dihasilkan oleh propelan tersebut nantinya jika dibuat.

Untuk mendownload software PROPEP 3,silahkan download disini PROPEP 3 VERSI 1.0.1

4. GRAINS CAD

Grains CAD adalah software perancangan atau untuk mendesain bentu grain propelan dan mencari ukuran terbaik dari grain tersebut.

software ini juga mambu untuk menentukan Kn rasio serta menentukan regresi dari burning rate dengan sebuah simulasi. untuk download software Grain CAD silahkan klik disini GRAINS CAD

5. SOFTWARE LAIN

Untuk software lain,kita dapat mengunjungi ke situs

RICHARD NAKKA ROCKETRY

THRUSTCURVE TOOL

Selain software-software diatas,kita bisa menggunakan software Burnsimulator,Aero Isp,Dan Lain-lain namun kebanyakan software tersebut bersifat berbayar.